Toll-Free Bridging

原文链接：http://gracelancy.com/blog/2014/04/21/toll-free-bridging/

Toll-Free Bridging

有一些数据类型是能够在 Core Foundation Framework 和 Foundation Framework 之间交换使用的。这意味着，对于同一个数据类型，你既可以将其作为参数传入 Core Foundation 函数，也可以将其作为接收者对其发送 Objective-C 消息（即调用ObjC类方法）。这种在 Core Foundation 和 Foundation 之间交换使用数据类型的技术就叫 Toll-Free Bridging.

举例说明，NSString和CFStringRef即是一对可以相互转换的数据类型：

//ARC 环境下
//Bridging from ObjC to CF
NSString* hello = @"world";
CFStringRef world = (__bridge CFStringRef)(hello);

//Bridging from CF to ObjC
CFStringRef hello = CFStringCreateWithCString(kCFAllocatorDefault, "hello", kCFStringEncodingUTF8);
NSString* world = (__bridge NSString *)(hello);
CFRelease(hello);

MRC 下的 Toll-Free Bridging 因为不涉及内存管理的转移，可以直接相互 bridge 而不必使用类似__bridge修饰字，我们之后再讨论这个问题。

Toll-Free Bridging 实现

• 每一个能够 bridge 的 ObjC 类，都是一个类簇（class cluster）。类簇是一个公开的抽象类，但其核心功能的是在不同的私有子类中实现的，公开类只暴露一致的接口和实现一些辅助的创建方法。而与该 ObjC 类相对应的 Core Foundation 类的内存结构，正好与类簇的其中一个私有子类相同。
  举个例子，NSString是一个类簇，一个公开的抽象类，但每次创建一个NSString的实例时，实际上我们会获得其中一个私有子类的实例。而NSString的其中一个私有子类实现既为NSCFString，其内存的结构与CFString是相同的，CFString的isa指针就指向NSCFString类，即，CFString对象就是一个NSCFString类的实例。
  所以，当NSString的实现刚好是NSCFString的时候，他们两者之间的转换是相当容易而直接的，他们就是同一个类的实例。

• 当NSString的实现不是NSCFString的时候（比如我们自己 subclass 了NSString），我们调用 CF 函数，就需要先检查对象的具体实现。如果发现其不是NSCFString，我们不会调用 CF 函数的实现来获得结果，而是通过给对象发送与函数功能相对应的 ObjC 消息（调用相对应的NSString的接口）来获得其结果。
  例如CFStringGetLength函数，当收到一个作为参数传递进来的对象时，会先确认该对象到底是不是NSCFString实现。如果是的话，就会直接调用CFStringGetLength函数的实现来获得字符串的长度；如果不是的话，会给对象发送length消息（调用NSString的- (NSUInteger)length接口），来得到字符串的长度。
  通过这样的技术，即使是我们自己子类了一个NSString，也可以和CFStringRef相互 Bridge。

• 其他支持 Toll-Free Bridging 的数据类型原理也同NSString一样，比如NSNumber的NSCFNumber和CFNumber。

ARC 下的 Toll-Free Bridging

如之前提到的，MRC 下的 Toll－Free Bridging 因为不涉及内存管理的转移，相互之间可以直接交换使用：

// bridge
NSString *nsStr = (NSString *)cfStr;
CFStringRef cfStr = (CFStringRef)nsStr;
// 调用函数或者方法
NSUInteger length = [(NSString *)cfStr length];
NSUInteger length = CFStringGetLength((CFStringRef)nsStr);
// release
CFRelease((CFStringRef)nsStr);
[(NSString *)cfStr release];

而在 ARC 下，事情就会变得复杂一些，因为 ARC 能够管理 Objective-C 对象的内存，却不能管理 CF 对象，CF 对象依然需要我们手动管理内存。在 CF 和 ObjC 之间 bridge 对象的时候，问题就出现了，编译器不知道该如何处理这个同时有 ObjC 指针和 CFTypeRef 指向的对象。

这时候，我们需要使用__bridge, __bridge_retained, __bridge_transfer 修饰符来告诉编译器该如何去做。

__bridge

CF->ObjC : 需手动释放CF的内存（CFRelease）

ObjC->CF：不需手动释放CF，但是ObjC销毁了，CF调用会crash

__bridge_retained

ObjC->CF：对ObjC做retain操作，ObjC销毁，CF仍然可以调用，需要手动释放CF

__bridge_transfer

CF->ObjC：转意对象所有权，无需手动释放CF